管道頂進工程中路面沉降加固處理研究

韓瑞東

摘 要：管道穿越公路頂進過程中往往會造成路面不同程度沉降，影響到公路通行安全，需要及時進行加固處理，同時還需保證公路正常、安全的運營。該文通過對頂進工程造成路面沉降的原因進行分析、研究，提出了一些具體、可行的處理措施，如對路基土體的加固、對基坑的加固、注漿堵水、對路面的銑刨處理、加鋪等，并提出了具體的設(shè)計參數(shù)、施工控制要求，以及施工中出現(xiàn)問題的相關(guān)對策等，為今后類似條件的工程設(shè)計、施工及應(yīng)急處理提供必要的參考。

關(guān)鍵詞：頂進 沉降 注漿 堵水

中圖分類號：U416 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）05（c）-0077-01

1 工程概況

管道穿越公路頂進過程中往往會造成路面不同程度沉降，影響到公路通行安全，需要及時進行加固處理，處理措施包括對路基土體的加固、路面銑刨、加鋪等。

某給水管道套管穿越公路頂進工程中，路面發(fā)生沉降，具體情況如下。

頂進套管為D=2.4m鋼筋混凝土管，頂進長度80m，交叉公路寬42m，管頂埋深在原地面下4.5m，地質(zhì)情況為粉土，地下水位為原地面下3m左右，含水量ω=24%，孔隙比e=0.6，c=10kpa，φ=20°。工作井、接收井距離路基坡腳15m左右，頂進采用泥水平衡施工工藝。

由于距離建筑物較近，難以進行降水作業(yè)，工作井開挖后發(fā)現(xiàn)，地層實際含水量較高，基坑滲水較多，現(xiàn)場進行抽水作業(yè)，進行頂進。頂進過程中，路基自邊緣至中心發(fā)生了不同程度沉降，邊緣沉降8cm左右，中心沉降2cm左右，沿道路縱向影響范圍25m左右。

2 原因分析

沉降發(fā)生后，參建各方認(rèn)真對事故原因進行了分析、研究，召開專家論證會，認(rèn)為造成沉降的主要原因為：（1）對水的封堵不及時，基坑暴露時間過長，基坑抽水使土體形成孔隙，在車輛荷載及自身重力作用下，產(chǎn)生沉降。（2）頂進速度快，造成了對土體的擾動，在管周產(chǎn)生空隙，造成沉降。

3 處理措施研究

針對事故原因，參建各方認(rèn)真研究，制定了詳細的處治方案。

（1）頂進工程暫停，降低對土體的擾動。為防止機頭報死，每4h頂進一次，每次進尺不得超過30cm。（2）加強基坑堵水措施，在基坑周圍打設(shè)拉森Ⅳ型鋼板樁，進行水的隔離。鋼板樁長度應(yīng)經(jīng)過計算，滿足土壓力要求。（3）道路實行交通管制，采取半幅封閉的方式，進行應(yīng)急銑刨、加鋪，保障通行。（4）基坑與道路間設(shè)置止水帷幕進行隔離，采用D80高壓旋噴樁，按照兩排梅花形設(shè)置，相互咬合20cm以上。（5）對路基進行注漿加固，護坡道范圍采用高壓旋噴注漿法，路面以下范圍為減少振動，采用鋼花管注漿法。（6）頂進結(jié)束后，立即進行管周水泥漿置換，并進行雷達檢測，保證管周密實。接收井側(cè)設(shè)置止水帷幕及鋼板樁，防止地下水的滲流，嚴(yán)格控制開挖工序，開挖完成后，起吊頂管機頭，盡快夯實回填基坑，盡量減少暴露時間。（7）提高路面沉降觀測頻率，每兩小時觀測一次，發(fā)現(xiàn)沉降異常應(yīng)立即進行方案調(diào)整。

4 加固范圍及施工控制參數(shù)

4.1 加固范圍

加固范圍根據(jù)土力學(xué)計算，并結(jié)合現(xiàn)場實際情況確定。根據(jù)土力學(xué)，地下工程對土體的擾動，自底部按照向頂部擴散。

式中：B—加固范圍。

—管底寬度，取管外徑2.88m。

管道埋深，管底至路面距離12m。

—土的內(nèi)摩擦角，20°。

經(jīng)計算，加固范圍為20m左右，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，確定加固范圍25m。

4.2 施工控制參數(shù)

4.2.1 止水帷幕及旋噴樁

止水帷幕及旋噴樁采用高壓旋噴注漿法成樁，成樁直徑D=80cm，梅花形布置，注漿壓力25-30MPa，水水比采用1∶1，水玻璃摻量為水泥的2%左右。流量為60～80L/min，轉(zhuǎn)速為5～7r/min，提升速度4～6cm/min。水泥標(biāo)號為325，由于地下水含硫酸根離子，具有弱腐蝕性，故水泥采用抗硫酸鹽水泥；水玻璃波美度為30，模數(shù)為2.4。旋噴樁施工前需進行試樁，根據(jù)實際情況確定預(yù)定的漿液配比、噴射壓力、噴漿量等技術(shù)參數(shù)。試樁數(shù)量不少于3根。

采用三重管法旋噴，先送高壓水、再送水泥漿及壓縮空氣；噴射時先達到設(shè)計的噴射壓力、噴漿量后，再逐漸提升注漿管，注漿管分段提升的搭接長度不小于100mm；當(dāng)達到設(shè)計樁頂高度或地面出現(xiàn)溢漿現(xiàn)象時，立即停止當(dāng)前樁的旋噴工作，并將旋噴管拔出并清洗管路。三重管法是將水泥漿與壓縮空氣同時噴射，除可延長噴射距離、增大切削能力外，也可促進廢土的排除，減輕加固體單位體積的重量。

在旋噴過程中，會有一定數(shù)量的土顆粒，隨著一部分漿液沿著注漿管管壁冒出地面，通過對冒漿的觀察，可及時了解土層情況，判斷旋噴的大致效果和斷定參數(shù)合理性等，根據(jù)經(jīng)驗，冒漿（內(nèi)有土顆粒、水及漿液）量小于20%可視為正常現(xiàn)象，如超出20%或完全不冒漿，應(yīng)查明原因及時采取措施。

冒漿量過大的主要原因，一般是有效噴射范圍與注漿不相適應(yīng)，注漿量超過旋噴固結(jié)所需的漿量所致。減少冒漿的主要措施有：（1）提高旋噴壓力；（2）適當(dāng)縮小噴嘴直徑（旋噴壓力不變）；（3）加快提升和旋轉(zhuǎn)速度，對于冒出地面的漿液，可經(jīng)過選擇和調(diào)整濃度后進行前一根樁返漿回灌，以防止空穴現(xiàn)象。

4.2.2 鋼花管注漿

路基以下范圍采用鋼花管注漿的方式進行加固，由于路基較低，作業(yè)面較狹窄，鋼花管采用扇形分布，以不同角度打入路面以下，沿路基縱向間隔布置的方式，孔間距30cm，每90cm一個循環(huán)，孔徑90mm，鋼花管采用采用直徑42mm，壁厚4mm無縫鋼管加工而成，管周梅花狀設(shè)置注漿孔，間距15cm，管節(jié)之間采用絲扣連接或焊接。鉆孔采用潛孔鉆機成孔，孔內(nèi)放置鋼花管，鋼花管采用45mm螺絲頭將上部管口封死，在螺絲頭上接注漿管，下部注漿管底口封死，防止泥土進入花管將花眼堵死。

注漿施工設(shè)備可采用HB—80型注漿機注漿，泵壓控制在0.3～0.5MPa之間，流量為20-50L/min，水灰比為0.65：1，水玻璃摻量為水泥的2%左右。水泥采用325抗硫酸鹽水泥，水玻璃波美度為30，模數(shù)為2.4。注漿孔須采用干鉆成孔，除非鉆遇路面結(jié)構(gòu)層或卵石等障礙物無法鉆進時，可加少量水濕潤，平常嚴(yán)禁清水鉆孔，成孔后為防止雨水灌入，必須采用水泥漿封孔或及時進行壓漿；孔徑需確保注漿管的放置。注漿時必須一次性將注漿管放置到設(shè)計深度，從下而上進行注漿，達到設(shè)計注漿壓力低限后逐漸穩(wěn)定加壓，觀察吃漿量，壓力穩(wěn)定3min后，吃漿量穩(wěn)定或增加不多的情況下停止注漿。注漿過程中應(yīng)嚴(yán)密觀測路面高程，如有隆起等情況，應(yīng)立即停止注漿。

為確保注漿效果，保證在漿液達到設(shè)計強度前，減少對地層的擾動，均采用跳打的方式，即隔孔注漿，延長相鄰孔之間的注漿間隔時間。

本工點經(jīng)對路基沉降的準(zhǔn)確、有效的分析，提出合理、可行的加固處理方案，有效控制了沉降的發(fā)展，保證了行車安全。

參考文獻

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